Neuron Zellkörper Funktion: Eine umfassende Übersicht

Unser Körper ist ein komplexes System, das aus vielen verschiedenen Zelltypen besteht, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen. Nervenzellen, auch Neuronen genannt, spielen eine entscheidende Rolle bei der Reizweiterleitung und Kommunikation im Körper. Sie unterscheiden sich von anderen Zellen durch ihren einzigartigen Aufbau und ihre spezialisierten Funktionen. Dieser Artikel bietet einen detaillierten Einblick in die Struktur und Funktion von Nervenzellen, insbesondere des Zellkörpers (Soma), und beleuchtet, wie diese Zellen zusammenarbeiten, um die komplexen Prozesse unseres Nervensystems zu ermöglichen.

Was ist eine Nervenzelle?

Nervenzellen oder Neuronen sind die grundlegenden funktionellen Einheiten des Nervensystems. Sie sind hochspezialisierte Zellen, die Informationen in Form von elektrischen und chemischen Signalen empfangen, verarbeiten und weiterleiten können. Um diese Funktion zu erfüllen, sind unfassbar viele Nervenzellen zu großen Netzwerken verbunden. Allein in unserem Gehirn befinden sich beispielsweise bis zu 100 Milliarden Nervenzellen. Diese Vernetzung ermöglicht es uns, Reize aus der Umwelt wahrzunehmen, zu verarbeiten und darauf zu reagieren.

Aufbau einer Nervenzelle

Ein typisches Neuron besteht aus drei Hauptteilen:

• Zellkörper (Soma): Das Soma ist das zentrale Element der Nervenzelle und enthält den Zellkern sowie andere wichtige Zellorganellen wie Mitochondrien.
• Dendriten: Dies sind kurze, verzweigte Fortsätze, die vom Soma ausgehen und Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren empfangen.
• Axon: Ein langer, schlanker Fortsatz, der vom Soma ausgeht und Signale an andere Neuronen, Muskeln oder Drüsen weiterleitet. Das Axon kann über weite Strecken reichen und ist oft von einer Myelinscheide umgeben, die die Signalübertragung beschleunigt.

Die Rolle des Zellkörpers (Soma)

Der Zellkörper, auch Soma genannt, ist das runde beziehungsweise ovale Zentrum der Zelle und enthält darüber hinaus den Zellkern. Das Soma spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Zellfunktion und der Integration von Signalen. Es enthält den Zellkern, der das genetische Material (DNA) der Zelle beherbergt und die Produktion von Proteinen steuert, die für das Funktionieren der Nervenzelle unerlässlich sind. Darüber hinaus enthält das Soma Mitochondrien, die für die Energieversorgung der Zelle verantwortlich sind.

Am Übergang zwischen Soma und Axon befindet sich der Axonhügel. Dort werden Informationen bzw. elektrische Signale solange gesammelt und summiert, bis eine bestimmte Schwelle oder ein Schwellenpotential überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet. Diese Signale nennst du Aktionspotentiale. Das verhindert, dass unser Körper jedes kleinste Signal weiterleitet.

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Dendriten: Die Antennen der Nervenzelle

Die Nervenzellen besitzen eine Antennenregion, die durch den Zellkörper und deren Fortsätze (Dendriten) gebildet wird. Dendriten sind kurze, verästelte Fortsätze, die vom Soma ausgehen. Sie dienen als Empfänger für Signale von anderen Neuronen oder sensorischen Rezeptoren. An ihrer Oberfläche werden Signale von anderen Nervenzellen aufgenommen. Die Dendriten empfangen Signale von anderen Nervenzellen und leiten diese zum Soma weiter.

Axon: Die Signalübertragung

Der lange Fortsatz der Nervenzelle, der aus dem Axonhügel hervorgeht, heißt Axon oder Neurit. Die Aufgabe des Axons ist die Weiterleitung der Aktionspotentiale zu Nerven- oder Muskelzellen. Das Axon ist ein langer, schlanker Fortsatz, der vom Soma ausgeht und Signale von diesem weg transportiert. Es dient gewissermaßen als Übertragungskabel für elektrische Impulse, die vom Neuron erzeugt werden und kann sich über große Entfernungen erstrecken. Das Axon verzweigt sich an seinem Ende baumartig, die Verzweigungen enden in Endknöpfchen. Sie liegen nahe an den Dendriten der nächsten Nervenzelle.

Myelinscheide und Ranviersche Schnürringe

Damit die Weiterleitung der elektrischen Signale möglichst schnell und ohne Verluste funktioniert, ist das Axon sozusagen wie ein elektrisches Kabel isoliert. Dazu wird der Fortsatz durch Stütz- oder Hüllzellen umhüllt. Bei Wirbeltieren werden die Axone häufig zudem von einer speziellen Form von Gliazellen, den sogenannten schwannschen Zellen, umgeben (außerhalb von Gehirn und Rückenmark) nennst du sie auch Schwann’sche Zellen. Diese Zellen liegen hintereinander um das jeweilige Axon, sodass es von einer lamellenartigen Hülle umgeben wird: der Markscheide, Myelinscheide oder auch schwannschen Scheide um die Axone. Die Umhüllung ist immer wieder durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen. . Den nicht-umhüllten Bereich eines Axons nennst du Ranvierschen Schnürring. Den nicht-umhüllten Bereich eines Axons nennst du Ranvierschen Schnürring. Die Myelinscheide besteht überwiegend aus Lipiden und Proteinen. Sie bildet, ähnlich wie bei einem Stromkabel, eine Art Isolierschicht um das Axon und ermöglicht somit die Saltatorische Erregungsleitung. Dabei werden elektrische Signale in schnellen Sprüngen entlang des Axons weitergeleitet. Die Erregung kann auch von einem Schnürring zum nächsten „springend“ weitergeleitet werden. Im Körper findet man auch Axone ohne Myelinscheiden.

Synapsen: Die Verbindungsstellen

Die synaptischen Endknöpfchen bilden das Ende eines Neurons. Das elektrische Signal wird hier auf die nächste Nervenzelle oder zum Beispiel auf eine Sinnes- oder Muskelzelle übertragen. Dazu wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal umgewandelt. Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle nennst du Synapse. In den meisten Fällen sind das chemische Synapsen. Zwischen den Endknöpfchen der einen Nervenzelle und den Dendriten der nächsten Nervenzelle liegt der sogenannte synaptische Spalt. Er ist 0,000016 bis 0,00003 mm breit und muss zur Übertragung der Reize überbrückt werden. Hier wird der elektrische Impuls in ein chemisches Signal umgewandelt.

Die präsynaptischen Nervenenden enthalten die als Neurotransmitter bezeichneten Signalmoleküle, die in kleinen membranumschlossenen Vesikeln gespeichert sind. Jedes Nervenende im zentralen Nervensystem enthält durchschnittlich mehrere 100 synaptische Vesikel. Dennoch gibt es hier große Unterschiede: So gibt es beispielsweise Spezialisten unter den Synapsen, die mehr als 100.000 Vesikel enthalten. Dazu zählen die Synapsen, die unsere Muskeln steuern.

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Das Endknöpfchen setzt chemische Moleküle in den synaptischen Spalt - die Lücke zwischen den zwei Zellen - frei. Dort binden sie an Rezeptoren und geben die Erregung weiter. Über die synaptischen Endknöpfchen werden chemische Botenstoffe, die Neurotransmitter, freigesetzt. Neurotransmitter bewirken an den Dendriten der nachfolgenden Nervenzelle eine vorübergehende Öffnung von Ionenkanälen. Die Überbrückung des synaptischen Spalts übernehmen also Überträgersubstanzen: Botenstoffe, die Neurotransmitter genannt werden. Es gibt mindestens 50 verschiedene Botenstoffe, die der Erregungsleitung zwischen den Neuronen dienen. Zu den bekannten Neurotransmittern gehören zum Beispiel Noradrenalin, Acetylcholin, Dopamin und Serotonin. Der Überträgerstoff entscheidet darüber, ob die nachgeschaltete Nervenzelle, eine Drüse oder ein Muskel aktiviert oder gehemmt wird.

Synaptische Vesikel: Speicher und Transporter der Botenstoffe

Die synaptischen Vesikel sind keineswegs nur eine Art membranumhüllte „Konservendose“ zur Speicherung der Botenstoffe. In ihrer Membran befindet sich eine ganze Reihe von Proteinen, die sich seit Millionen von Jahren durch die Evolution kaum verändert haben. Eine Gruppe dieser Proteine, die Neurotransmitter-Transporter, ist dafür verantwortlich, die Botenstoffe aus dem Zellplasma in die Vesikel hineinzupumpen und dort anzureichern. Dazu ist viel Energie erforderlich. Diese wird von einem weiteren Proteinmolekül bereitgestellt, einer Protonen-ATPase (V-ATPase), die unter Verbrauch von Adenosintriphosphat (ATP) Protonen in die Vesikel hineinpumpt. Neben diesen für das „Auftanken“ erforderlichen Proteinen enthalten die Membranen synaptischer Vesikel weitere Komponenten, die dafür sorgen, dass die Vesikel mit der Plasmamembran verschmelzen können (darunter das SNARE-Protein Synaptobrevin und den Calcium-Sensor Synaptotagmin) und nach der Membranfusion wieder in das Nervenende zurücktransportiert werden. Die synaptische Vesikel werden anschließend im Nervenende über einige Zwischenschritte wieder recycelt und neu mit Botenstoffen befüllt.

Funktionsweise der synaptischen Vesikel

Die Funktionsweise der synaptischen Vesikel auf molekularer Ebene zu verstehen, ist eine aufwendige Arbeit. Wir haben dazu vor einigen Jahren ein umfassendes Inventar aller Vesikelbestandteile erstellt. Dabei mussten Probleme gelöst werden, die keineswegs so einfach waren, wie man annehmen möchte, z. B. das Auszählen der Vesikel in einer Lösung oder die quantitative Bestimmung des Gehaltes von Proteinen und Membranlipiden. Die Ergebnisse waren auch für Experten überraschend. So stellte sich heraus, dass ein biologisches Transportvesikel in seiner Struktur viel stärker durch Proteine bestimmt wird als zuvor angenommen: Wenn man von außen auf das Vesikelmodell schaut, kann man die Lipidmembran (gelb) vor lauter Proteinen kaum erkennen, und dabei sind im Modell nur ca. Diese Arbeiten bildeten die Grundlage zu weiterführenden Untersuchungen. So ist es gelungen, Vesikel, die unterschiedliche Botenstoffe transportieren, voneinander zu trennen und miteinander zu vergleichen. Anders als vorher vermutet, unterscheiden sie sich nur geringfügig in ihrer Zusammensetzung.

SNARE-Proteine und Membranfusion

Ein zweiter Schwerpunkt der Forschung besteht darin, die Proteinmaschine, die die Membranfusion bewerkstelligt, in ihren funktionellen Details zu verstehen. Für die Fusion selber sind SNARE-Proteine verantwortlich - kleine Proteinmoleküle, die in der Plasmamembran wie in der Vesikelmembran sitzen. Kommen die Membranen nahe aneinander, lagern sich die dieser Proteine aneinander, wobei sie sich in Richtung der Membran wie Taue miteinander verdrillen (Abb. Bei dieser Zusammenlagerung wird Energie freigesetzt, die für das Verschmelzen der Membranen benutzt wird. Um zu verstehen, wie diese Zusammenlagerung die Verschmelzung der Membranen bewirkt, wurden die SNARE-Proteine in künstliche Membranen eingebaut, an denen man die Fusion mit hochauflösenden Methoden, darunter der Kryo-Elektronenmikroskopie, untersuchen konnte. Dabei wurden erstmalig Zwischenstufen der Fusionsreaktion identifiziert. Fortschritte sind ebenfalls bei der Frage erzielt worden, wie die einströmenden Calcium-Ionen die Fusionsmaschine aktivieren.

Die Reizweiterleitung: Ein Beispiel

Nehmen wir an, jemand tippt dir von hinten auf die Schulter. Die Dendriten der Nervenzelle leiten den Reiz zum Zellkörper weiter. Die Erregung durch das Antippen ist stark genug, dass am Axonhügel ein Aktionspotential entsteht. An der chemischen Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt frei. Die Moleküle binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts. Das führt zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle. Das Signal wird so über Nervenzellen bis in dein Gehirn geleitet. Dort wird es verarbeitet und das Gehirn erhält das Signal „Du wurdest berührt“.

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Die Rolle von Neurotransmittern

Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der aktivierend auf die Skelettmuskulatur wirkt, Noradrenalin ein Transmitter, der je nach Zelle, an die er abgegeben wird, fördert oder hemmt. Noradrenalin wird überwiegend im Sympathikus ausgeschüttet und aktiviert die Herzmuskelzellen, während es die Muskelzellen des Darms hemmt. Drogen sind Wirkstoffe, die den Neurotransmittern im Aufbau sehr ähnlich sind. Deshalb wirken sie auf dieselben Synapsen. Nikotin ist dem Acetylcholin verwandt und wirkt anregend. Curare, das Pfeilgift der Indios, hingegen bindet zwar auch an den Rezeptoren, die normalerweise für das Acetylcholin zur Verfügung stehen, hemmt diese jedoch. So kann keine neue Erregung durch Acetylcholin erfolgen. Opiate haben eine ähnliche Struktur wie Endorphin - ein Neurotransmitter, der Glücksgefühle im Gehirn auslöst.

Ruhepotential und Aktionspotential

ruhende Zelle ist im Innern negativ geladen im Vergleich zum Außenraum. die Potentialdifferenz beträgt -70 mV bis -80 mV. Die sog. des Konzentrationsgefälles diffundieren Kaliumionen nach außen. elektrostatische Kraft ist der Diffusion entgegengerichtet. Membranpotentials vom Ruhepotential. können verschiedene Phasen unterschieden werden. Ausgangslage befindet sich die Zelle im Ruhezustand. geschlossen. strömen in das Innere der Zelle. im Vergleich zum Außenraum geladen. wieder. und Kaliumionen strömen vom Zellinneren in das Zelläußere. Es kommt zur Repolarisation und zum Wiederaufbau des Ruhepotentials. Arbeit der Natrium-Kalium-Pumpe wird der Ausgangszustand, bzw.

Aktionspotenziale entstehen grob gesagt durch den Einstrom positiv geladener Ionen. Dies führt zu einer rapiden Umkehrung des Membranpotenzials, sodass die Innenseite der Zelle nun positiver geladen ist, als die Außenseite. Anschließend leiten die aktivierten Neuronen das Aktionspotenzial über ihre Axone weiter. Das Axon endet meist in Verbindungsstellen (Synapsen), wo das elektrische Signal einen weiteren Mechanismus auslöst. Oft führt das Signal zur Ausschüttung von Neurotransmittern Diese Neurotransmitter werden anschließend in den synaptischen Spalt freigesetzt und binden an spezifische Rezeptoren auf der Membran der Zielzelle.

Arten von Nervenzellen

Du kannst die Nervenzellen anhand von verschiedenen Kriterien in Gruppen einteilen. Alle Nervenzellen zusammen bilden in deinem Körper das Nervensystem. Die Klassifikation von Nervenzellen erfolgt auf unterschiedliche Weise, basierend auf Beobachtungen einzelner Zellen oder den ihnen zugeordneten Eigenschaften in Zellverbänden. In Bezug auf die Morphologie werden Nervenzellen in verschiedene Typen unterteilt, abhängig von ihrer äußeren Form und Struktur. Hierzu gehören zum einen unipolare Nervenzellen, die in der Lage sind, sensorische Informationen von der Peripherie zum Zentralnervensystem zu leiten. Typisch für das periphere Nervensystem sind pseudounipolare Nervenzellen, die sensorische Signale von den Rezeptoren zum Zentralnervensystem weiterleiten. Der am häufigsten vorkommende Typ von Neuronen sind jedoch multipolare Nervenzellen. Diese sind für komplexe Verarbeitungsprozesse und motorische Steuerung verantwortlich. Apolare Nervenzellen hingegen weisen weder ein Axon noch Dendriten auf. Diese sind noch nicht entwickelt und haben daher noch keine Polarität. Eine andere Möglichkeit zur Klassifikation ist die Betrachtung der Funktion der Neuronen. Motorische Nervenzellen sind für die Steuerung von Bewegungen verantwortlich, sowohl im somatomotorischen Bereich als auch im vegetativen Bereich, wo sie viszeromotorisch wirken und den sympathischen oder parasympathischen Zweig des autonomen Nervensystems regulieren.

Ein verbreiteter Irrtum ist anzunehmen, dass alle Nervenzellen die gleiche Struktur haben. Unipolare Nervenzellen haben nur einen kurzen Fortsatz (Axon) und keine Dendriten. Multipolare Nervenzellen kommen sehr häufig vor. Interneuronen haben eine Vermittlerfunktion.

Nervenzellen und das Nervensystem

Alle Nervenzellen zusammen bilden in deinem Körper das Nervensystem. Unser Nervensystem besteht aus etwa 100 Milliarden Nervenzellen, die untereinander vernetzt sind und dadurch zu komplexen Rechenleistungen in der Lage sind. Die komplexen Funktionen des Nervensystems, wie Wahrnehmung, Denken, Gedächtnis, Bewegungskoordination und viele andere kognitive und motorische Prozesse, werden durch Neuronen ermöglicht. Die Nervenzelle (Neuron) ist die grundlegende funktionelle Einheit des Nervensystems.

Plastizität von Neuronen

Ein bemerkenswerter Aspekt der Neuronen ist ihre Plastizität. Diese bezeichnet die Fähigkeit der Neuronen, sich an Veränderungen anzupassen. Plastizität ermöglicht es den Neuronen, sich durch wiederholte Aktivierung und Lernprozesse zu verändern und Verbindungen zu verstärken / abzuschwächen oder neue Verbindungen auszubilden.

Wie funktioniert die Reizweiterleitung über elektrische Impulse?

Das wird am Beispiel unserer Haut deutlich: Temperatur, Berührungen und Druck werden über die Rezeptoren der Haut aufgenommen und in elektrische Impulse umgewandelt. Was passiert, wenn wir uns mit einer Nadel in den Arm stechen? Wir empfinden Schmerz und ziehen die Hand zurück. Doch wie kommt es dazu? Die sensorischen und motorischen Nervenbahnen sind Teil des peripheren Nervensystems. Die sensorischen - oder auch afferenten (= "hinführenden") - Nervenbahnen leiten die Impulse vom Sinnesorgan zum Gehirn. Die motorischen - oder auch efferenten (="hinaustragenden") - Nervenbahnen leiten die Impulse von Gehirn zum ausführenden Organ. Die Nervenbahnen bestehen aus einzelnen Nervenzellen - davon besitzt der Mensch rund einhundert Milliarden. Eine Nervenzelle - auch Neuron genannt - ist in der Regel eine lang gestreckte Zelle. Sie gliedert sich in drei Abschnitte: Zellkörper, Dendriten und Axon.

Nervenzellen und Krebs

Nervenzellen im reifen Zustand können sich nicht mehr teilen beziehungsweise vermehren. Aus diesem Grund ist es in der Kinderkrebsheilkunde so entscheidend, ob und in welchen Fällen beispielsweise mit einer Bestrahlung‎ eines ZNS-Tumors begonnen wird. Sowohl die Überleitung als auch die Hemmung von Erregungsausbreitungen an den Synapsen erfolgen beim Menschen jeweils durch chemische Substanzen (Neurotransmitter). Aufbau, Abbau und Speicherung der Neurotransmitter‎ können durch Medikamente und auch durch bestimmte Tumoren beeinflusst werden, so dass entweder ein Überschuss oder ein Mangel von Transmittern erzeugt wird.

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